自动控制系统的校正
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如果系统达不到要求的性能指标，就需要对系统进 行校正，所谓控制系统的校正，就是在控制系统的结构 和参数尚未全部确定的情况下，按照给定的性能指标来 最终地确定系统应有的结构形式及其响应的参数值．
控制系统可以分为控制对象与控制器两大部分。控 制对象是系统的不可变部分，它的传递函数是确定的。 在许多情况下，仅仅靠调整系统不可变部分的增益，不 能同时满足给定的各项性能指标。这些为校正系统性能 而有目的地引入的装置，称为校正装置或补偿装置。就 是上面称之为控制器部分．
上一章的例５－７：系统的开环传递函数为
G(s)H(s)
10
s(1 0.02s)(1 0.2s)
首先分析一下，未校正系统的性能 稳态误差：有一个积分环节，是I型系统．
开环增益 K 10 ，稳态速度误差系数 Kv 10
而 K p , Ka 0
§６－１ 基本概念
稳定裕量：作伯德图
转折频率 ５弧度／秒， 1 50弧度／秒 0.02
超前的特点，使系统的相角裕量增大，达到校 正系统，满足给定性能指标的目的．
第二节线性系统的基本控制规律
• PID调节器的概念 1 比例控制：只需调解放大倍数即可，不必
改变结构。 P217,结构图 由根轨迹图说明调节原理； 调节内容：极点位置改变导致动态响应改变，
稳态误差改变。
二、比例微分控制（PD）
分为串根联据校校§正正６和装－反置馈在１校系正统．中基的位本置概，念校正方式可
R(S) + -
G (S) C
G (S) O
H (S )
C(S)
R(S) + -
G (S) 1
+ -
H (S )
G (S) 2
G (S) C
C(S)
串联校正—校正装置Gc (s)和系统不可变部分 G0 (s)相 串联．
反馈校正—校正装置接在系统的局部反馈通路中．
• 校正的概念
• 当系统的性能指标不符合要求时，需要校 正。
• 首先是调节参数，如仍不能达到要求，则 需引入校正环节。
第一节 线性系统校正的基本概念
在前面几章中我们详细讨论了分析控制系统的 方法，同时也了解了衡量一个系统性能好坏的标准。 如果系统是稳定的，那么衡量系统性能的标准有两 个方面：稳态性能指标和暂态性能指标．
可能易于实现。
第三节 常用校正装置
KD
de(t) dt
KI
e(t)dt
• 离散化方法
• 系统构成：A/D,D/A,计算机，采样间隔的选择
• 改进的PID调节器：增加死区和饱和限制；PID参数分 段取值；模糊PID调节器；参数自动整定PID
五、并联支路的反馈控制
• 结构图：P223，图6-2-10 • 闭环传函，特征方程：P223，式6-2-19 ； • 由参数根轨迹分析反馈参数Kt的作用： • 反馈作用讨论： • 优点：多为无源模拟电路，对于特定系统
1时，L() 20lg10 20dB
横轴的起点坐标选1，取2个十倍频程。
作对数幅频特性渐近线．可确定 c 7rad / s
作相频特性．
(c ) 90 tan1 0.02c tan1 0.2c
90 tan1 0.02 7 tan1 0.2 7 152
二个转折频§率６５－和５１0相距基十倍本频概程，念 50时，
从伯德§图６可确－定１系统的基稳定本裕概量念
152 180 28 c 7 ＧＭ 15dB g 16
希望系统的相角裕量 40，但保持开环增益Ｋ
＝１０不变．
在这种情况下，通过调整系统的增益，可以
使 40 ，将对数幅频特性下向平移，使其在相
角() 140 处与 轴相交．这样做虽然相角裕
转折频率为５的惯性环节相角已达－９０°，而
5时，转折频率为５０的惯性环节相角几乎为
０，所以有
5,() 90 45 135
50,() 180 45 225
这几点确定后可作相频特性曲线，相频曲线和 －１８０°线相交处的频率可从图上确定为
g 16rad / s （如果验证一下，可得 (g ) 180 .39）
减小稳态误差。
来自百度文库
四、比例积分微分控制（PID）
• 1.设计方法：先设计微分抑制超调，后设计积分减小稳 态误差;反复整定PID参数
• 2. 用运放电路实现的模拟PID调节器
可以采用P231的电路，但参数调整较困难；宜采 用各独立电路然后求和。
• 3. 用计算机实现的数字PID调节器
uc
(t)
K P e(t )
量达到了要求，但稳态性能指标不能满足要求，开 环增益Ｋ下降了．所以必须采用校正装置，对系统 进行校正．
§６－１ 基本概念
我们采用串联校正方式，对于这个系统，目的 是使其开环增益保持不变，而相角裕量增大。
如果采用一个校正装置，其对数幅频特性和相 频特性如图虚线所示．将其串联进去，幅频特
性和相频特性在c附近发生改变。利用其相角
一般来说，串联校正比较简单．在要求较高的 系统中，往往同时采用串联校正和反馈校正．
校正环节的引入
• P215 • 信号应方便处理，通常于信号弱的地方加
入控制信号；从输出取得反馈信号。
模拟校正和数字校正
• 模拟校正：模拟电路实现 • 数字校正：采用数字计算机实现
§６－１ 基本概念
举一个例子说明校正的作用。
• 结构图：P218，图6-2-3 • 开环传函：P218，式6-2-6 • 闭环传函： P218，式6-2-7 • 稳定条件 • 由参数根轨迹分析微分参数KD的作用 • 微分作用讨论：加大阻尼
三、比例积分控制（PI）
• 结构图：P220，图6-2-6 • 开环传函：P220，式6-2-13 • 闭环传函；特征方程；稳定条件 • 由参数根轨迹分析微分参数KI的作用： 1. 由6-2-16绘制KI参数根轨迹 2. 由6-2-17绘制KP参数根轨迹 • 积分作用讨论：减小阻尼，提高积分阶次
时域
频域
稳态 暂态
稳态误差 esr 上升时间 tr 超调量 M p 调节时间 ts
开环增益Ｋ，积分环节个数
相角裕量
增益裕量 GM 谐振峰值 M r 截止频率 b
对于一个§控６制－系统１总有一基个要本求，概希念望它达到一定
的性能指标。提出的性能指标可以是频域的，也可以是 时域的。但是要合理，因为提出过高的要求，就意味着 成本的增大和系统的复杂化．
控制系统可以分为控制对象与控制器两大部分。控 制对象是系统的不可变部分，它的传递函数是确定的。 在许多情况下，仅仅靠调整系统不可变部分的增益，不 能同时满足给定的各项性能指标。这些为校正系统性能 而有目的地引入的装置，称为校正装置或补偿装置。就 是上面称之为控制器部分．
上一章的例５－７：系统的开环传递函数为
G(s)H(s)
10
s(1 0.02s)(1 0.2s)
首先分析一下，未校正系统的性能 稳态误差：有一个积分环节，是I型系统．
开环增益 K 10 ，稳态速度误差系数 Kv 10
而 K p , Ka 0
§６－１ 基本概念
稳定裕量：作伯德图
转折频率 ５弧度／秒， 1 50弧度／秒 0.02
超前的特点，使系统的相角裕量增大，达到校 正系统，满足给定性能指标的目的．
第二节线性系统的基本控制规律
• PID调节器的概念 1 比例控制：只需调解放大倍数即可，不必
改变结构。 P217,结构图 由根轨迹图说明调节原理； 调节内容：极点位置改变导致动态响应改变，
稳态误差改变。
二、比例微分控制（PD）
分为串根联据校校§正正６和装－反置馈在１校系正统．中基的位本置概，念校正方式可
R(S) + -
G (S) C
G (S) O
H (S )
C(S)
R(S) + -
G (S) 1
+ -
H (S )
G (S) 2
G (S) C
C(S)
串联校正—校正装置Gc (s)和系统不可变部分 G0 (s)相 串联．
反馈校正—校正装置接在系统的局部反馈通路中．
• 校正的概念
• 当系统的性能指标不符合要求时，需要校 正。
• 首先是调节参数，如仍不能达到要求，则 需引入校正环节。
第一节 线性系统校正的基本概念
在前面几章中我们详细讨论了分析控制系统的 方法，同时也了解了衡量一个系统性能好坏的标准。 如果系统是稳定的，那么衡量系统性能的标准有两 个方面：稳态性能指标和暂态性能指标．
可能易于实现。
第三节 常用校正装置
KD
de(t) dt
KI
e(t)dt
• 离散化方法
• 系统构成：A/D,D/A,计算机，采样间隔的选择
• 改进的PID调节器：增加死区和饱和限制；PID参数分 段取值；模糊PID调节器；参数自动整定PID
五、并联支路的反馈控制
• 结构图：P223，图6-2-10 • 闭环传函，特征方程：P223，式6-2-19 ； • 由参数根轨迹分析反馈参数Kt的作用： • 反馈作用讨论： • 优点：多为无源模拟电路，对于特定系统
1时，L() 20lg10 20dB
横轴的起点坐标选1，取2个十倍频程。
作对数幅频特性渐近线．可确定 c 7rad / s
作相频特性．
(c ) 90 tan1 0.02c tan1 0.2c
90 tan1 0.02 7 tan1 0.2 7 152
二个转折频§率６５－和５１0相距基十倍本频概程，念 50时，
从伯德§图６可确－定１系统的基稳定本裕概量念
152 180 28 c 7 ＧＭ 15dB g 16
希望系统的相角裕量 40，但保持开环增益Ｋ
＝１０不变．
在这种情况下，通过调整系统的增益，可以
使 40 ，将对数幅频特性下向平移，使其在相
角() 140 处与 轴相交．这样做虽然相角裕
转折频率为５的惯性环节相角已达－９０°，而
5时，转折频率为５０的惯性环节相角几乎为
０，所以有
5,() 90 45 135
50,() 180 45 225
这几点确定后可作相频特性曲线，相频曲线和 －１８０°线相交处的频率可从图上确定为
g 16rad / s （如果验证一下，可得 (g ) 180 .39）
减小稳态误差。
来自百度文库
四、比例积分微分控制（PID）
• 1.设计方法：先设计微分抑制超调，后设计积分减小稳 态误差;反复整定PID参数
• 2. 用运放电路实现的模拟PID调节器
可以采用P231的电路，但参数调整较困难；宜采 用各独立电路然后求和。
• 3. 用计算机实现的数字PID调节器
uc
(t)
K P e(t )
量达到了要求，但稳态性能指标不能满足要求，开 环增益Ｋ下降了．所以必须采用校正装置，对系统 进行校正．
§６－１ 基本概念
我们采用串联校正方式，对于这个系统，目的 是使其开环增益保持不变，而相角裕量增大。
如果采用一个校正装置，其对数幅频特性和相 频特性如图虚线所示．将其串联进去，幅频特
性和相频特性在c附近发生改变。利用其相角
一般来说，串联校正比较简单．在要求较高的 系统中，往往同时采用串联校正和反馈校正．
校正环节的引入
• P215 • 信号应方便处理，通常于信号弱的地方加
入控制信号；从输出取得反馈信号。
模拟校正和数字校正
• 模拟校正：模拟电路实现 • 数字校正：采用数字计算机实现
§６－１ 基本概念
举一个例子说明校正的作用。
• 结构图：P218，图6-2-3 • 开环传函：P218，式6-2-6 • 闭环传函： P218，式6-2-7 • 稳定条件 • 由参数根轨迹分析微分参数KD的作用 • 微分作用讨论：加大阻尼
三、比例积分控制（PI）
• 结构图：P220，图6-2-6 • 开环传函：P220，式6-2-13 • 闭环传函；特征方程；稳定条件 • 由参数根轨迹分析微分参数KI的作用： 1. 由6-2-16绘制KI参数根轨迹 2. 由6-2-17绘制KP参数根轨迹 • 积分作用讨论：减小阻尼，提高积分阶次
时域
频域
稳态 暂态
稳态误差 esr 上升时间 tr 超调量 M p 调节时间 ts
开环增益Ｋ，积分环节个数
相角裕量
增益裕量 GM 谐振峰值 M r 截止频率 b
对于一个§控６制－系统１总有一基个要本求，概希念望它达到一定
的性能指标。提出的性能指标可以是频域的，也可以是 时域的。但是要合理，因为提出过高的要求，就意味着 成本的增大和系统的复杂化．